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上下楼梯机项目设计方案 第1章 绪论 §1.1 国内外上下楼梯机的研究现状 在欧美地区与日本，能够上下楼梯的轮椅，即所谓的上下楼梯机的设计水平都比较的成熟，产品的质量与外观都处于领先的地位，无论是控制技术还是动力驱动技术都领先与其他国家和地区，他们在注重功能的同时也和好的把握了产品的外观，以及他们在人机关系上的考虑都给其他国家提供了借鉴。 国外对上下楼梯机的研究开始得相对较早，最早的专利是1892年美国的Bray发明的爬楼梯轮椅。此后，各国纷纷开始投入对上下楼梯的生产研究，其中美国、英国、德国和日本占主导地位，技术相对比较成熟，且有一些产品已经投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近年来也涌现了很多这方面的专利，然而投入实际使用的还很少。 总结目前国内外现有的上下楼梯机和专利，按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式上下楼梯机。下面分别对国外、国内各种类型装置的发展作简要介绍，并分析其各自优缺点。 一、履带式 履带式上下楼梯机的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。由英国Baronmead公司开发生产的一种电动轮椅车，车底部设置的是履带传动，可爬楼梯的最大坡度为35°，自重34kg，最大载重量130kg，上下楼梯速度每分种15～20个台阶，充足电后可连续上下楼梯1000级。台阶27cm。这种轮椅车可在平地自由运行，还可拆卸为两部分，便于装运。履带型机构的爬楼梯轮椅应用较多，它采用比星型轮机构更为连续的行走方式，传动效率比较高。在上下楼梯过程中，轮椅的重心总是沿着与楼梯台阶沿的连线相平行的直线运动的，其重心的波动很小，运动非常平稳。履带式爬楼梯轮椅最大不足是平地行走时阻力较大，运动不灵活，在爬楼梯时履带容易损坏楼梯沿。为克服这一缺点，国内外提出过各种各样的改进机构，一种改进的轮－履带混合机构的爬楼梯轮椅，它在平地行走时利用轮式机构，爬楼梯时放下履带机构进行工作轮式爬楼梯轮椅的爬楼梯机构由均匀分布在“Y”形或“+”字形系杆上的若干个小轮构成。各个小轮既可以绕各自的轴线自转，又可以随着系杆一起绕中心轴公转。在平地行走时，各小轮自转，而爬楼梯时，各小轮一起公转，从而实现爬楼梯的功能。美国著名发明家Dean Kamen发明的了一种能自动调节重心的如图1-2所示的两轮组式轮椅iBOT。它有6个轮子，前面有一对实心脚轮，后面有两对行星结构的充气轮胎，通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。iBOT几乎能适用于所有楼梯，此外它也能在沙滩、斜坡和崎岖的路面上行驶，而且后轮可以直立行走，为使用者提供了更多方便之处，帮助他们能达到正常人的高度。目前星型轮机构爬楼梯轮椅中性能指标最高的产品，它结构非常紧凑、运动灵活、操作方便.目前的iBOT3000型不仅能爬21厘米以下高度的楼梯和不超过15厘米高的“马路牙子”，在沙滩、斜坡和崎岖的路面和小山坡上前进，而且后轮能“站起来”直立行走，使坐在上面的人升高，可以取放位于高处的物体。：在平地上前进时，6只轮子同时着地，当遇到崎岖路面、沙土地或斜坡时，由4个后轮驱动行走；只靠一对后轮接触地面的直立模式，iBOT可以保持这种站立姿势，也能直立行走；由两对后轮交替爬台阶的爬楼梯模式。iBOT不仅采用了比普通轮椅复杂的驱动结构，而且安装了多个感知人－轮椅重心位置的陀螺仪，控制器根据陀螺仪的信号时时调整重心的位置，使轮椅能够在不同路面和直立状态下保持平衡。国内外发明了多种星型轮式爬楼梯轮椅，除了iBOT外，大多数都采用3个或者3个以上星型轮，星型轮多的优点是轮椅爬楼梯时的稳定性好，缺点是体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用，这也是星型轮式爬楼梯轮椅尽管发明专利很多，真正实施和推广的却很少的主要原因。三、步行式 早期的上下楼梯机一般都采用步行式如题1-3所示，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。上楼时先将负重抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完一段楼梯。步行式上下楼梯机模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式机器人，采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。 步行式上下楼梯机爬楼时运动平稳，适合不同尺寸的楼梯;但它对控制的要求很高，操作比较复杂，在平地行走时运动幅度不大，动作缓慢。 综上所述，国内外的同类产品对本课题的研究都有一定的借鉴意义，在外观造型方面，国外产品重视造型设计，外观流畅多变；而国内的产品整体结构严谨，忽视了产品的外观，如此一来，实用而不美观，产品缺乏设计感。通过以上对国内外同类产品的调查和、分析、比较，此次上下楼梯机的设计会将国内外同类产品的优点进行优化整合，使产品更加完善和创新。 §1.2 设计依据和意义 一、 设计依据 老年人、残疾人是人群当中的弱势群体，他们的身体行动不方面，而作为身体健全、行动便利的我们应当给予他们更多的人性关怀，让他